关于PCS空心支护桩与U型板桩的技术性能对比探析
水系护岸工程、市政排水、景观支护工程及交通路基支护工程的挡土支护结构均属永久性支护结构，对于结构稳定性、耐久性、美观度及易施度均有着极高的要求。而采用现场浇注法的传统支护结构(如：钢筋混凝土挡墙、钻孔灌注桩等）都存在着施工工期长、工效低、工程造价高、施工工序复杂、结构质量不稳定、现场监理难度大的缺点，特别是水系支护工程，需避开丰水汛期方可施工。在国内最为常见的刚性支护结构形式是砌石挡墙（浆砌、干砌与石笼等），在石材资源丰富的地方，这种结构的优点是造价相对较低，而其缺点却是显而易见的：结构稳定性差、使用寿命短、后期维护成本高、地基处理工艺复杂、施工周期长、现场监理难度大。
由于传统支护结构的以上众多弊端与不足，使得混凝土预制挡土支护桩在近几年得到了广泛应用，特别是在广东、福建、上海、江苏、浙江、山东、河北、天津等地，市场需求量正在逐年增长。
目前，在土木工程围护结构领域，用作挡土支护工程材料的预制混凝土桩的种类较多，有预制实心方桩、空心方桩、壁体桩、平板桩、U型板桩及PCS空心支护桩等。由于预制混凝土桩采用工厂化生产，具有产品性能可靠、质量稳定耐久、施工快捷高效、工程造价经济等显著优点，故而近几年在中小河流治理、市政排水、交通路基及建筑基坑支护工程中得到了广泛的应用。其中以U型板桩与PCS空心支护桩最为常见。
本文就两种支护桩型的技术性能进行研究，并以U-CS-600-Ⅲ型与PCS600(420)-C型两种相同截面高度的桩型进行探析对比如下：
一、桩的截面形状设计
U型板桩的截面呈倒“U”字板式形状，PCS空心支护桩截面形状上下对称，根据“蜂巢状”六边形的原形，在两侧加设榫卯结合部优化设计而来，呈外多边形中空管状。详见下图：
另外，U型板桩的榫头设计为梯形，卯槽与榫头匹配，也设计为梯形槽，这样的棱角结构要求嵌合精度极高，因此施工中桩身两侧的榫卯破损率很高，后期修补工程量及费用较大，也影响了整体观感。另外，对于弧形或扇形转角轴线的施工，转角处桩与桩之间榫卯嵌合不良。而PCS空心支护桩的榫头设计为半圆形，卯槽深度比榫头高度小10mm~20mm, 形状与榫头匹配，以利拼接时啮合紧密；其次，PCS支护桩的榫卯比U型板桩的榫卯尺寸大了50%，结构受力优于U型板桩，再者，这种榫深卯浅的设计，在两桩拼接时榫卯两侧可以留出空间，桩间扭角为6°，故在弧线施工时仍保持良好的嵌固性，进而保证了桩墙的整体稳定性与挡土性能。示意如下：
一、结构配筋及力学性能
1、两种桩型的结构配筋对比：
两种桩的预应力主筋均采用1420MPa35级延性低松弛预应力混凝土用螺旋槽钢棒（GB/T5223.3-2005,简称PC钢棒）；非预应力纵向主筋均采用热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007）；U-CS-600-Ⅲ的横向钢筋采用热轧光圆钢筋(GB1499.1-2008);PCS 600(420)-C的环箍筋采用低碳钢热轧圆盘条（GB/T701）。具体的配筋规格与数量如下表：
2、两种桩型的力学性能参数对比：
进行结构力学性能计算时，两种桩型均采用结构等效原则，即截面面积、截面惯性矩、形心位置三等效，将结构等效为“工”形截面。力学性能计算结果对比如下表：
计算后可以得出：抗裂弯矩的计算数据方面PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型大出46KN∙m，大出比率为16.14%；抗弯弯矩的计算数据方面PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型大出199KN∙m，大出比率为52.96%；抗剪承载力设计值的计算数据PCS600(420)-C型比U-CS-600-Ⅲ型小20KN∙m，小于比率为6.41%
。
一、生产技术工艺
U型板桩的生产是采用传统的长线台座法工艺，PCS空心支护桩采用的是机械自动化程度极高的流水机组法工艺（先进工艺），技术工艺水平差异较大，主要工艺操作对比如下：
综合评价：传统的长线台座法采用人工绑扎成笼，工艺落后，机械化、自动化程度低，劳动力密集、产能工效低下，产品质量受人为因素影响较大。
一、产品应用与其它性能
1、钢制桩尖的应用：根据工程设计要求需要，可在桩尖端可安装钢制桩尖，根据工程地质需要，可提供米字型、开口型及椎尖型三种钢桩尖，安装钢桩尖后，能有效克服桩端坚硬土层，使桩尖端顺利进入设计嵌固土层，具有良好的穿透性能；而U型板桩是无法实现钢尖安装的。
2、桩节垂直接桩的应用：可以通过采用配套的专用机械连接接头安装在接桩两个端面的专用锚固件上进行PCS的桩节垂直拼接，接桩时在两个接合端面上涂刷含有环氧基团的高份子材料，既可增强接桩处的粘接强度，又可保证接桩接头部位的防腐。而U型板桩是无法进行接桩的。
3、桩身外观质量控制：U型板桩由于采用传统的台座工艺，桩身表面不美观，制作粗糙，气泡和麻面较多；另外，由于采用敞口型铰接式钢模，开放式人工布料，操作的随意度较大；加上模具反复开合使用后变形在所难免，故而产品外观尺寸偏差较大、厚薄不均是一种质量常态。而PCS空心支护桩采用封闭式离心钢模，产品成型精度极高，外观尺寸标准，表面光洁完整。
二、施工安装易施性
对于U型板桩来说，由于其截面形状的“先天”固有因素，在打桩施工时，产品截面形心与打桩力心难以重合一致，垂直度较难控制，施打时经常出现偏心受力，导致桩身发生倾斜、爆头、劈裂等现象；另外，桩身混凝土密实度低，轻微磕碰就会造成裂损，因此，为了减少与控制上述产品施工损伤，产品必须轻吊轻下，严防磕损，施工的速度必须放慢，大大降低了施工效果（单套设备日施工完成量为10-20根）。
而PCS空心支护桩的截面为闭环式中空管状，上下左右对称，桩的空心中点即形心点，与施工力心容易重合，施工垂直度较易控制；加上PCS支护桩的桩身砼强度高，密实度高，一般吊装碰撞不会造成磕损，无须“精细伺候”，工效自然较高（单套设备每日可施打50-80根）。
三、工程适应性对比
PCS产品具有强度高、耐冲击等特点，使用C60或C80强度等级的混凝土，采用振动式与冲击法均可施工，辅以桩端射水沉桩工艺，能有效克服粘土及砂土层中桩端阻力，对于硬度较高的地质情况，可通过改进施工工艺的方式进行沉桩，如使用钢制桩尖、机械引孔植桩、冲击施工沉桩等，因此，PCS桩适用于除岩层外的大部分地质情况。
U型板桩仍然是因为桩身砼强度与砼密实度的因素，耐打性较差，穿层能力表现一般，对于较硬土层难以穿透而无法将桩底送至设计标高，因此，其工程适应性相对有限，地质适用面较窄。
【结语】：综上所述，U型板桩与PCS空心支护桩均属预应力混凝土预制桩，且都是用于抵抗水平荷载的受弯混凝土构件，但由于它们的生产工艺及产品截面形状不同，所以在产品质量控制、结构性能、应用性能及工程适用性能等方面也存在较大的差异。PCS空心支护桩作为一种新型预制支护桩，它弥补了现有国内同类产品的性能缺陷，可积极推动产业升级，切合了当今混凝土建材工厂预制化生产、装配式施工的大主题，符合国家可持续发展战略，有利于资源节约，其综合性能的明显优势，在未来的工程实践中应该会得到充分验证。
